初中生物課堂教學中科學思維的培養(yǎng)

李養(yǎng)寧

生物學科是研究自然界生命現(xiàn)象并提煉生命活動規(guī)律的科目，對學生科學思維具有較高要求。因此，文章立足初中生物課堂，簡單介紹了科學思維的內涵，論述了初中生物課堂中科學思維的培養(yǎng)原則，并對初中生物課堂教學中學生科學思維的培養(yǎng)內容進行了進一步探究，希望為初中生的生物科學思維培養(yǎng)提供一些參考。

在新一輪課程改革深入推進過程中，核心素養(yǎng)逐漸成為初中生物課堂教學的導向，強調培養(yǎng)初中生利用生物科學觀點、思維、知識、手段解決實際問題的能力?？茖W思維是初中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要部分。但是，在當前初中生物課堂教學中，關于初中生科學思維的培養(yǎng)仍然存在一些問題，無法幫助初中生掌握正確的生物科學思維方法。因此，探究初中生物課堂教學中科學思維的培養(yǎng)具有非常突出的現(xiàn)實意義。

1 初中生物課堂教學中科學思維的內涵

初中生物課堂教學中，科學思維的內涵可解讀為：初中生始終秉承嚴格謹慎、切合實際的態(tài)度學習生物知識，積極參與生物實驗，在實驗中發(fā)現(xiàn)問題，在收集資料的基礎上發(fā)散思維尋求問題解決思路，進而獲得生物知識。初中生的生物科學思維不僅表現(xiàn)為歸納和概括生物實驗與基本生物學規(guī)律，而且還表現(xiàn)為利用生物學規(guī)律推測（或檢驗論證）相關生命機制，并利用圖形或文字、模型揭示相關生命活動原理，或者根據(jù)生物學原理對特定生物學問題質疑。

2 初中生物課堂教學中科學思維的培養(yǎng)原則

2.1 貫徹問題導向

在初中生物課堂教學中的科學思維是基于邏輯的思維，而問題是邏輯推理的基本驅動，將問題導向貫徹到生物課堂整個教學過程，可以促使學生循序漸進地體驗并掌握生物科學思維模式，提升科學思維能力。在問題導向下，教師應選擇與生物教學內容存在緊密聯(lián)系的素材，將教學重點、難點提煉為學生現(xiàn)有認知水平無法即時解決的核心問題。以核心問題為中心打造問題情境，活躍學生科學思維，促使其對生物知識產(chǎn)生情感共鳴，主動構建知識體系，嘗試完成由知識向素養(yǎng)的轉變。

2.2 以學生為中心

在初中生物課堂教學中，科學思維凝練了生物學課程中最關鍵、最必要的思維，是學生大腦對生物學信息高層次加工的思維方式，也是學生解決生物學問題的必備思維。教師將學生放置在中心地位，精心設計教育指導方案，在開端設計與學生緊密相關的情景，在課中規(guī)劃以學生為主體的探究活動，在學生完成探究活動后及時為其解釋抽象問題，并引導學生將新學習的概念、原理融入原有認知系統(tǒng)，全面激發(fā)學生學習興趣，在幫助學生掌握科學概念的同時，拓展學生科學思維能力發(fā)展空間。

2.3 發(fā)展性教學

作為新課程標準倡導發(fā)展的學生關鍵思維，科學思維要求教師摒棄傳統(tǒng)低效重復習題訓練提升學生筆試能力的方式，而是遵循發(fā)展性教學理論，聚焦學生發(fā)展，結合生物教材設置一定難度的任務，促使初中生嘗試運用綜合、剖析、歸納、建模等思維方式形成生物概念。同時，從高難度、高速度兩個方面，助力學生思維發(fā)展的“質變”。一方面，以生物理論為主體，建構概念、規(guī)律，摒除重復講解，提高教學速度；另一方面，立足實踐，設置處于學生最近發(fā)展區(qū)范圍且具有一定難度的作業(yè)，促使學生在自身發(fā)展方面系統(tǒng)訓練，達到高效教學目的。

3 初中生物課堂教學中科學思維的培養(yǎng)內容

3.1 科學演繹與推理思維

在初中生物課堂教學中，演繹與推理是學生掌握邏輯學知識的重要渠道，有助于學生自覺完成科學思維訓練，奠定學生生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)基礎。教師可以在教學初期精心選擇難點內容，設計具有意義的演繹方法，激發(fā)學生推理興趣。如根據(jù)教學內容提前準備實物或提出問題、展示現(xiàn)象，鼓勵學生在觀察的基礎上開動腦筋，對新舊認知矛盾進行推理，最終得出科學的解釋。

人教版初中八年級下冊第二章《基因在親子代間的傳遞》是教學難點，因其較為抽象，初次接觸的初中生學習難度較大，為解決這一問題，教師可以在初中生物課堂教學中引入假說演繹法，設置特定場景，引導初中生模仿科學家思考問題并進行相關問題的解決。在課前，教師可以帶領學生復習“基因控制生物的性狀”的知識，在復習的基礎上，引出新課題——“基因在親子代間的傳遞”。導入新課題后，教師可以引導學生思考：基因在親子代間的傳遞方法有哪些？是由1個基因復制為2個基因，再將2個基因傳遞給2個細胞，還是新形成基因？在研究基因性狀的基礎上，師生共同提出假設：①基因在親子代間的傳遞是全保留傳遞；②基因在親子代間的傳遞是半保留傳遞。在假設提出之后，教師可以將學生劃分為若干小組，分小組收集比利時胚胎學家比耐登研究馬蛔蟲體細胞等背景資料，根據(jù)資料尋找體細胞內染色體、基因、DNA存在的規(guī)律，如猩猩體細胞內染色體數(shù)為24對，DNA數(shù)為24對；玉米體細胞內染色體數(shù)為10對，DNA數(shù)是10對，得出生物體的體細胞內染色體與DNA是成對存在的，同一種生物體細胞內染色體與DNA數(shù)量是一致的這一規(guī)律。在這個基礎上，結合科學家的實驗探究結果，從形成精子（或卵細胞）的細胞分裂著手，分析基因在親子間傳遞的規(guī)律，確定受精卵中的染色體分別來源于精子、卵細胞，1條基因來自精子，另外一條基因來自卵細胞，基因在親子代間的傳遞是半保留傳遞。整個過程是問題分析與解決的過程，在問題分析與解決過程中可以幫助學生逐漸熟練假說演繹法在生物科學中的應用步驟，為學生借鑒科學史經(jīng)典結果提供輔助，奠定學生科學思維形成基礎。

3.2 科學模型與建模思維

初中生物課堂教學中，科學思維注重邏輯引導下的思維發(fā)散。從某種程度上來說，明了描述生物邏輯是科學思維的基礎。而生物模型的規(guī)律性描述需要借助海量生物學事實資料，并在分析資料的基礎上概括生物規(guī)律。因此，模型與建模是初中生物教學中科學思維培養(yǎng)的重要內容，對提高初中生的生物科學思維具有重要作用。需要注意的是，模型與建模并非生物元素的簡單累加，而是將生物知識與現(xiàn)實情況合成一個整體再次闡述。模型與建模本質上是一個具有一定難度的生物科學思維要素，但因多數(shù)初中生知識儲備有限，需要教師提前激發(fā)學生完成模型分析的能力，并收集與學生主體相關的背景內容，調動學生主動建模的內在動力，為學生更加深刻地理解模型并完成基于模型的科學探究活動提供依據(jù)。

以人教版初中七年級下冊第三章《發(fā)生在肺內的氣體交換》為例，氣體交換作為人體重要的生物活動之一，可以有效展現(xiàn)肺部與外界、血液的氣體交換以及呼吸系統(tǒng)的功能，對于機體生命維持具有重要作用。在基于模型構建的課程導入環(huán)節(jié)，展示肺功能報告單（局部見表1）。

在展示肺功能報告單后，教師可以要求學生查閱資料，分析肺功能報告單中每一數(shù)值的含義，并對檢查人的肺功能做出初步判斷。如，VT為潮氣量，表示靜息呼吸時每次吸入/呼出的氣體容積，正常值為0.5L；VE為每分鐘靜止通氣量，正常值為男6.66±0.20L、女4.22±0.16L，大于10L表示通氣過度，小于3L表示通氣不足；REV表示平靜呼氣末再用力呼氣所呼出的氣量，正常值為男0.91L，女0.56L；VC MAX為最大肺活量，表示盡力深吸氣末肺內氣量，正常值為男3.47L、女2.44L，減少表明肺部實質病變或肺氣腫。在學生分析的基礎上，教師可以引導學生借助肺內氣體交換模型解釋檢查人通氣過度的原因。在肺部氣體交換模型中，包括肺泡細胞、肺靜脈、主動脈、腔靜脈、肺動脈、肺泡內毛細血管網(wǎng)、組織細胞間毛細血管網(wǎng)、組織細胞等，肺泡吸收外界空氣，排出含二氧化碳較多的混合氣體，吸收血液中的二氧化碳，將氧氣輸送給血液。同時，教師可以要求學生借助模型演示肺部與外界、肺部與血液進行氣體交換的不同氣體來源、去向，或者先由初中生口頭敘述教師利用模型演示，促使初中生初步明了肺內氣體交換的來源、去向，奠定知識學習理論基礎，再由初中生動手操作肺內氣體交換模型，促使初中生更加熟悉模型，最后由教師根據(jù)教材資料進行匯總。在這個基礎上，教師可以板書講解肺部功能的作用機制，促使學生了解肺部氣體交換處于動態(tài)平衡的表現(xiàn)，并結合模型講述肺部通氣過度所引發(fā)的系列問題，引導學生利用所學知識解決實際問題，促使學生在自行建構生物知識庫的同時完成科學思維的訓練。

3.3 科學論證與批判思維

反思與批判是對生物科學知識準確性、真實性的判斷，要求初中生反向思考發(fā)出質問、疑惑，并在分析他人（或自身）觀點的基礎上做出理性決策。在生物課堂教學過程中，教師應鼓勵學生打破對課本的“迷信”，敢于創(chuàng)新，運用科學的思維評判。具體教學過程中，教師可以引用Toulmin論證模式，在為學生展示科學家探索歷程的同時，鼓勵其結合現(xiàn)有知識發(fā)出質疑，為學生科學思維訓練提供更加廣闊的空間。Toulmin論證模式是由主張、資料、支持、反駁、限定調節(jié)、根據(jù)組成的過程性模式?？茖W論證是培養(yǎng)學生生物科學思維的重要環(huán)節(jié)，也是學生重新整合新舊知識的重要過程。在課前，教師可以梳理生物教材，確定論證主張，有邏輯地呈現(xiàn)。根據(jù)論證主張，師生共同收集資料；在課中，教師引導學生根據(jù)資料進行論證，討論質疑。

以人教版七年級上冊《動物細胞》為例，教師可以采用論證與質疑的方式開展師生互動，利用資料創(chuàng)設論證與質疑活動氛圍，在論證與質疑活動中，鼓勵學生聚焦動物細胞的形態(tài)結構論述為什么說細胞是最基本的人體單元，領悟細胞結構與功能相適應的理論，幫助學生初步建立科學分析理念。進而從生命系統(tǒng)視角，進行現(xiàn)有主張反駁，嘗試形成科學理論方法。首先，師生收集資料，共同回答問題：肌肉細胞、上皮細胞、血細胞、淋巴細胞的形態(tài)是一樣的嗎？其細胞結構是一樣的嗎？導入新課并確立論證主張：動物細胞的結構是一樣的。其次，呈現(xiàn)人的口腔上皮細胞臨時裝片實驗資料，提出問題：人的口腔上皮細胞的結構是什么？植物細胞與動物細胞的相似點是什么？結合前期學過的內容，鼓勵學生尋找支持前期結論的理由，并用圖表對比展示，完成論證。再次，鼓勵學生發(fā)出質疑：口腔上皮細胞為什么沒有細胞壁？在發(fā)出質疑后，師生共同從細胞壁的作用著手進行分析，如細胞壁由多糖形式組成，可降低滲透壓，為植物細胞提供骨架，避免植物光合作用時高濃度碳水化合物溶質迅速吸收細胞破裂，而動物不需光合作用，體內無高滲透壓環(huán)境，不需細胞壁也可保證細胞完整性。最后，由學生總結動物細胞結構與功能，教師進行補充，真正幫助學生理解認同資料與主張之間的邏輯關系，促使學生敢于、勇于發(fā)出質疑，并跟隨知識學習過程深入進行主張的修正、完善，最終完成科學思維能力的發(fā)展。

3.4 科學歸納與概括思維

歸納與概括是初中生物課堂教學中學生主動尋找生物學事實存在內容并利用樹狀圖、表格等形式表示的過程，是初中生科學理性思維發(fā)展的基礎。在基于歸納與概括的初中生物課堂教學過程中，教師可以引用圖表，引導學生對生物學知識進行對比、歸納、匯總。同時，提高師生互動頻次，將學生放置在歸納與概括主體地位，引導學生通過問題分析、知識歸納、自主補充等過程，對生物概念產(chǎn)生牢固記憶。

以在人教版初中八年級上冊第四章第三節(jié)《真菌》教學為例，教師可以首先鼓勵學生列舉自己從生活中獲知的真菌類型，如酵母菌、灰霉菌、香菇、銀耳等。在學生列舉的基礎上，教師可以鼓勵學生根據(jù)真菌細胞組成，將真菌簡單劃分為多細胞、單細胞，其中單細胞為酵母菌，而多細胞為香菇、銀耳、灰霉菌等。進而教師可以帶領學生觀察普通顯微鏡下酵母菌、霉菌、蘑菇的形態(tài)、結構部分，或者直接展示真菌的形態(tài)特征圖，要求學生在觀察其特征的基礎上，回答問題：在直立菌絲頂端著生的球狀結構是什么？絲狀物質是什么？香菇由哪些結構組成？歸納真菌的共同點，如真菌有細胞核，營養(yǎng)方式為異養(yǎng)，繁殖方式為孢子繁殖等。通過根據(jù)自身生活經(jīng)驗與教材內容歸納總結真菌的相關知識，可以激發(fā)學生探究實際生活中真菌的興趣，豐富學生科學認知，為學生科學思維的形成提供依據(jù)。

4 總結

綜上所述，科學思維是初中生成長為“全面發(fā)展的人”的重要部分，也是初中生參與生物科學探究的前提。因此，教師應正確認識科學思維在初中生物課堂教學中的重要地位，貫徹問題導向，應用最新教育理論，搭建誘思探究框架，為初中生的生物科學思維生成營造良好環(huán)境。

（作者單位：正寧縣榆林子鎮(zhèn)初級中學）